袋装饮用水多级净化矿化装置的制作方法

本实用新型属于水处理技术，具体涉及一种袋装饮用水多级净化矿化装置。

背景技术：

水是生命之源，水处理技术随着科技的发展在不断进步。根据世界卫生组织调查，人类疾病80％与水有关。有关资料显示，我国有24％的人饮用不良水质的水，约1000万人饮用高氟水，3000万人饮用高硬质水，5000万人饮用高氟化物水，而且每年均呈上升趋势。国内自来水的主要消毒方法是加氯杀菌，虽然能去除大量细菌，达到了卫生标准。但此消毒方法无法消除水中存在着的有害物质，尤其是水中的重金属、亚硝酸盐等成分。同时输送过程、水塔贮水等造成一定程度的二次污染。将水煮沸(或巴氏加热消毒)，可以有效地消除输送过程中产生的细菌或有害微生物，但却无法除去水中的重金属、致癌的氯残留物等有害物质，这些物质的摄入，对人体会造成极大危害。因此，生活饮用水需要深度净化。

砷和镉均广泛分布于地壳中，因火山活动等进入自然界，或因矿石、化石燃料的开采、工业活动等，人为地进入环境中。海水中也含有大约2ppb的砷和镉，浮游生物及海藻等会获取海水中的砷，并积蓄在体内。同时，砷和镉为有毒物质，即使摄入低于致死量的超微量砷和镉，也会出现呕吐、腹痛、腹泻等症状及肝功能危害、感觉异常等，慢性的砷和镉摄入则有引发神经障碍、致癌等的危险。因此，在饮用水我们必须尽量去除砷和镉。

天然矿泉水属于来自于非公共供水系统的水源，应分别符合GB 5749中对生活饮用水水源水质卫生的要求，即:采用地表水为水源时应符合《地表水环境质量标准》(GB 3838)的要求，采用地下水为水源时应符合《地下水质量标准》(GB/T 14848)要求。这些非公共供水系统的源水经处理后，其水质应达到GB 5749的要求，再进入生产包装饮用水的后续加工工序。

天然矿泉水中含有丰富的无机矿物成分，诸如锂、锶、锌、硒、溴化物、碘化物、偏硅酸以及其他溶解性固体。上述这些成分均十分有利于健康。然而，纯天然的矿泉水中也不可避免地含有或多或少的重金属成分和有机污染物。目前通用的水处理方法是通过反渗透膜进行，然而反渗透膜会全面去除掉水中的溶解物，使得优质天然矿泉水变成了普通纯净水，消除了天然矿泉水的保健功效。同时反渗透膜价格高昂，净化成本高企，制约了其市场前景。同时，天然矿泉水中的成分并不完全契合人体需求。

在这种情况下，采用除了反渗透方式之外的其他廉价净化工艺，且同时能够提供口感好且健康的饮用水的方法就迫在眉睫。

CN203284834U公开了反渗透净化装置，其废水浪费严重，每生产一升净水一般要排掉三倍以上的废水。且制备的是纯净水，并无对身体有益的矿物成分。

文献CN200420105145.X公开了采用人工复合锰砂过滤、活性炭过滤处理成为生活饮用水。但锰砂和活性炭并不能有效去除重金属污染。

文献CN87216207和CN2009200793347均公开了采用活性炭净化、远红外矿化球过滤、麦饭石矿化处理成为生活饮用水。虽然有矿化装置，但仍然无法除去其中的重金属。

本申请人利用福州鼓岭丰富的矿泉水资源，发展了袋装水技术，袋装水的饮用是全程密封的，自始至终不与空气接触，避免了二次污染，食品级专用复合膜包装，能承受极大压力，不易破损，一次性使用。袋装水在不少发达国家已经成为饮用水主流产品，我国最早的袋装水是用于航空领域，目前普通消费者家庭用量还较少。

为了提供符合袋装水要求的清洁饮用水，本申请人提供了一种结构简单、使用方便、兼具有净化和矿化作用的多级饮用水处理装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一，在于提供一种袋装饮用水多级净化矿化装置，其包含：第一级粗过滤装置；第二级微米级过滤装置；第三级纳米级过滤装置；第四级矿化装置；高压泵送装置；各级阀门以及总控系统。

第一级粗过滤装置使用一个或多个PP棉过滤装置，PP棉选自二维或者三维PP棉。优选使用两个、三个或者四个的PP棉，其中第一个PP棉可选用二维PP棉，最后一个选用三维PP棉。或者选用三个PP棉，第一个和第二个滤芯为5微米PP棉，第三个为1微米PP棉滤芯。

第二级微米级过滤装置使用一个或者多个活性炭过滤装置，且活性炭比表面积为800‐2000m²/g，优选大于1200m²/g，更优选大于1500m²/g。活性炭可选用UDF颗粒活性炭和/或CTO压缩活性炭。

第三级纳米过滤装置的滤芯由棒状或者管状的纳米TiO2、纳米ZnO、纳米SiO2或者纳米Al2O3组成。

第四级矿化装置的滤料，其包含以下组分：20‐30份椰壳活性炭、20‐30份远红外陶瓷粉末、10‐15份麦饭石、5‐20份木鱼石、50‐200份碳质陨石、5‐15份除菌剂。

本实用新型的目的之二，在于提供一种矿化装置的滤料，其通过如下步骤进行制备：

A1.将麦饭石、木鱼石研磨成颗粒，粒径1‐5μm，并与椰壳活性炭、远红外陶瓷粉末混合均匀；

A2.将上个步骤的混合物加少量去离子水进行均化处理，配置成糊状，边搅拌边加热到80℃，控制混合料含水率为10‐15％，造粒；

A3.将上述颗粒进行微波辐射，除去多余水分，形成0.2cm直径的干燥矿化颗粒；

A4.将碳质陨石，打碎制成直径1cm左右的碎块，与上个步骤的干燥矿化颗粒共混；

A5.将上述滤料进行灭菌干燥后即可作为第四级矿化装置的滤料。

本实用新型的袋装饮用水多级净化矿化装置，其中，各级装置出水口和进水口均设置有电磁阀；第一级粗过滤装置分别与第二级微米级过滤装置和第三级纳米级过滤装置连接。

第一级粗过滤装置、第二级微米级过滤装置、第三级纳米级过滤装置、第四级矿化装置出水口处均设置有TOC检测装置和TDS检测装置，且检测值输入到总控系统中。

在本实用新型的一个实施方案中，从第二级微米级过滤装置出来的水可直接通入第四级矿化装置中。

在本实用新型的一个实施方案中，其中，从第一级粗过滤装置出来的水可直接通入第四级矿化装置中。

【附图说明】

附图1.饮用水多级净化矿化装置布置图。

附图标记：

1.高压泵送装置；

2.第一级粗过滤装置；

3.第二级微米级过滤装置；

4.第三级纳米级过滤装置；

5.第四级矿化装置；

6.总控系统；

7‐11.TOC检测装置和TDS检测装置；

12‐22.阀门。

附图2.纳米TiO2管状物的SEM图。

附图3.纳米ZnO棒状物的SEM图。

附图4.纳米SiO2棒状物的SEM图。

【具体实施方式】

本实用新型的袋装饮用水多级净化矿化装置，其包含：第一级粗过滤装置；第二级微米级过滤装置；第三级纳米级过滤装置；第四级矿化装置；高压泵送装置；各级阀门以及总控系统。

第一级粗过滤装置使用一个或多个PP棉过滤装置，PP棉选自二维或者三维PP棉。优选使用两个、三个或者四个的PP棉，其中第一个PP棉可选用二维PP棉，最后一个选用三维PP棉。或者选用三个PP棉，第一个和第二个滤芯为5微米PP棉，第三个为1微米PP棉滤芯。

第二级微米级过滤装置使用一个或者多个活性炭过滤装置，且活性炭比表面积为800‐2000m²/g，优选大于1200m²/g，更优选大于1500m²/g。活性炭可选用UDF颗粒活性炭和/或CTO压缩活性炭。

第三级纳米过滤装置的滤芯由棒状或者管状的纳米TiO2、纳米ZnO、纳米SiO2或者纳米Al2O3组成。

所述第三级纳米过滤滤芯是一种负载了砷离子、镉离子、镍离子、铅离子等有毒金属离子吸附性化合物的纳米结构物。所述有毒金属离子吸附性化合物能够优先且有选择性地结合、置换和/或吸附这些金属离子。其包括但不限于，钼酸铵，三氧化二铁和四氧化三铁混合物、氧化铈、四方硫酸盐纤铁矿粉等。优选钼酸铵。还优选铁氧化物。

其制备方法为：

在硫酸氧钛(TiOSO4)、丙醇、硫酸水溶液的混合溶液中，添加乙醇与季铵盐表面活性剂制造出纳米TiO2管状物。

在Zn(OH)2和盐酸的乙醇溶液中，添加季铵盐表面活性剂制造出纳米ZnO棒状物。

在正硅酸乙酯的酸性溶液中，添加季铵盐表面活性剂制造出纳米SiO2棒状物。

在Al2(OH)3和硝酸的乙醇溶液中，添加季铵盐表面活性剂制造出纳米Al2O3棒状物。

所述季铵盐表面活性剂为四乙基溴化铵、苄基三乙基氯化铵、四乙基氯化铵、苄基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、双十八烷基溴化铵等。

然后在所述纳米管状物或者棒状物上负载有毒金属离子吸附化合物。

负载方式为：

在纳米管状物或棒状物的乙醇或者丙醇溶液中，在30℃下，加入表面活性剂进行搅拌，加热溶液到45℃，促进溶剂挥发，最后在真空中干燥。得到粉末状固体。

将所述固体多次水洗干燥。然后加入有毒金属离子吸附化合物的溶液中，充分搅拌，水洗，在60℃下进行干燥。获得负载有有毒金属离子吸附化合物的纳米管状物或者棒状物。

第四级矿化装置的滤料，其包含以下组分：20‐30份椰壳活性炭、20‐30份远红外陶瓷粉末、10‐15份麦饭石、5‐20份木鱼石、50‐200份碳质陨石、5‐15份除菌剂。

所述矿化装置的滤料，其通过如下步骤进行制备：

A1.将麦饭石、木鱼石研磨成颗粒，粒径1‐5μm，并与椰壳活性炭、远红外陶瓷粉末和壳聚糖混合均匀；

A2.将上个步骤的混合物加少量去离子水进行均化处理，配置成糊状，边搅拌边加热到80℃，控制混合料含水率为10‐15％，造粒；

A3.将上述颗粒进行微波辐射，除去多余水分，形成0.2cm直径的干燥矿化颗粒；

A4.将碳质陨石，打碎制成直径1cm左右的碎块，与上个步骤的干燥矿化颗粒共混；

A5.将上述滤料进行灭菌干燥后即可作为第四级矿化装置的滤料。

麦饭石、木鱼石，能够溶出许多有益于人体健康的无机盐和微量元素，如钙、磷、铁、镁、铜、锌、锰、硒、铬等微量元素和稀土元素，约58种之多；又能把水中的汞、镉、氰以及细菌和产生恶臭的物质吸附掉。与此同时，还可使水调节成为适于饮用的酸碱度。

椰壳活性炭能吸咐水中对人体健康威胁最大的氯、异味、异色、异臭物、农药、三氯甲烷以及水中的微粒杂质、有机物、阻挡大肠杆菌、化学物质和重金属元素等有害物质

远红外陶瓷粉有效地去除自来水中的氯臭、漂白粉臭之类，并且使水大分子团变成小分子团，使水分子之间共振、加速水分子的运动，使水分子活性化、离子化，这种状态即是对水进行纯化，这种水被人喝了之后不仅口感味道好、并很快被人体吸收、加速人体新陈代谢，促进人体健康，实现保健。

碳质陨石不含有重金属等有害成分，其具有的天然磁场对人体的神经系统、内分泌系统、组织代谢、血液、皮肤和毛发等有一定的影响。通过清华大学分析中心、北京大学分析测试中心的核磁共振波谱仪和电感耦合等离子体质谱仪，对碳质陨石浸泡水和未浸泡的空白对照组进行对比实验后发现：饮用水经过碳质陨石浸泡后，硅含量短时间内从0.01微克每毫升上升到2.40微克每毫升。偏硅酸的存在能有效维持人体的电解质平衡和生理机能，具有恢复血管弹性、增加皮肤弹性、促进骨骼发育等作用。

本实用新型的袋装饮用水多级净化矿化装置，其中，各级装置出水口和进水口均设置有电磁阀；第一级粗过滤装置分别与第二级微米级过滤装置和第三级纳米级过滤装置连接。

第一级粗过滤装置、第二级微米级过滤装置、第三级纳米级过滤装置、第四级矿化装置出水口处均设置有TOC检测装置和TDS检测装置，且检测值输入到总控系统中。

根据下面的示例，可以进一步理解本实用新型的这些和其它实施例的功能和优点，其说明了本实用新型的一种或多种系统和技术的益处和/或优点，但是并不例示本实用新型的完全范围。

[实施例1]第三级纳米过滤滤芯的制备

＜纳米TiO2管状物的合成方法＞

在三口瓶中，加入硫酸氧钛(TiOSO4)17g、丙醇30ml、H2SO4 1M水溶液5ml后混合，获得乳白色溶液。

在15g乙醇中添加十二烷基三甲基氯化铵的溶解物。TiOSO4：十二烷基三甲基氯化铵：H2SO4的摩尔比为2:1:0.5。将乙醇加热到45℃，减压除去溶剂，5分钟之内便能形成胶状固体。将该固体在400℃下煅烧3小时，除去挥发性杂质。

所获得的纳米管具有如图2所示的结构。

＜纳米ZnO棒状物的合成方法＞

在三口瓶中，加入Zn(OH)219g、乙醇30ml、盐酸1M水溶液5ml后混合，获得白色溶液。

在15g乙醇中添加十二烷基三甲基氯化铵的溶解物。ZnO：十二烷基三甲基氯化铵：盐酸的摩尔比为2:1:0.5。将乙醇加热到45℃，减压除去溶剂，5分钟之内便能形成胶状固体。将该固体在420℃下煅烧3小时，除去挥发性杂质。

所获得的纳米管具有如图3所示的结构。

＜纳米SiO2棒状物的合成方法＞

在三口瓶中，加入正硅酸乙酯17g、盐酸1M水溶液5ml和30ml去离子水后混合，获得半透明溶液。

在15g乙醇中添加十二烷基三甲基氯化铵的溶解物。正硅酸乙酯：十二烷基三甲基氯化铵：盐酸的摩尔比为2:1:0.5。将乙醇加热到45℃，减压除去溶剂，5分钟之内便能形成胶状固体。将该固体在300℃下煅烧3小时，除去挥发性杂质。

所获得的纳米管具有如图4所示的结构。

＜钼酸铵负载在纳米TiO2管状物上＞

在50ml的乙醇中，加入5g氧化钛、0.8g双十八烷基溴化铵后混合搅拌，在35℃下充分搅拌，加热到45℃进行真空干燥，促进溶剂挥发。将这样得到的固体物进行水洗，在45℃下进行常压干燥。

将所得的固体物混合到在50ml水，然后加入3g的(NH4)6Mo7O24.24H2O的溶液中，搅拌12小时。用去离子水进行清洗，并干燥。重复2次。最后在60℃下进行高真空干燥。

这样，便获得(NH4)6Mo7O24.24H2O被负载在氧化钛表面上的滤芯。

＜钼酸铵负载在纳米ZnO棒状物上＞

在50ml的乙醇中，加入6g氧化锌、0.8g双十八烷基溴化铵后混合搅拌，在35℃下充分搅拌，加热到45℃进行真空干燥，促进溶剂挥发。将这样得到的固体物进行水洗，在45℃下进行常压干燥。

将所得的固体物混合到在50ml水，然后加入3g的(NH4)6Mo7O24.24H2O的溶液中，搅拌12小时。用去离子水进行清洗，并干燥。重复2次。最后在60℃下进行高真空干燥。

这样，便获得(NH4)6Mo7O24.24H2O被负载在ZnO表面上的滤芯。

[实施例2]第四级矿化装置滤料的制备

30份椰壳活性炭、20份远红外陶瓷粉末、15份麦饭石、10份木鱼石、100份碳质陨石、5份壳聚糖除菌剂。

A1.将麦饭石、木鱼石研磨成颗粒，粒径5μm以下，并与椰壳活性炭、远红外陶瓷粉末、壳聚糖混合均匀；

A2.将上个步骤的混合物加少量去离子水进行均化处理，配置成糊状，边搅拌边加热到80℃，控制混合料含水率为12％，造粒；

A3.将上述颗粒进行微波辐射，除去多余水分，形成0.2cm直径的干燥矿化颗粒；

A4.将碳质陨石，打碎制成直径1cm左右的碎块，与上个步骤的干燥矿化颗粒共混；

A5.将上述滤料进行灭菌干燥后即可作为第四级矿化装置的滤料。

[实施例3]饮用水的净化

启动高压水泵，水流量设定为500L/h，水依次进入第一级粗过滤装置、第二级微米级过滤装置、第三级纳米级过滤装置、第四级矿化装置。

在取样点8、9、10和11处得到的水质检测结果如下：

采样日期：2017.05.05；收样日期：2017.05.06；分析日期：2017.05.06‐10；报告日期：2017.05.10

采样地点：福州鼓岭

水温：12℃

检测单位：福州润君山泉水有限公司

取样点8的水是经过PP棉初步过滤的水，无固体物质；

取样点9的水经过活性炭过滤，除菌除有机杂质；

取样点10的水经过纳米过滤，除去了重金属和有毒无机物；

取样点11的水经过矿化，增加了有益成分的含量。

[实施例4]自来水的净化

启动高压水泵，水流量设定为500L/h，水依次进入第一级粗过滤装置、第二级微米级过滤装置、第三级纳米级过滤装置、第四级矿化装置。

在取样点8、9、10和11处得到的水质检测结果如下：

采样日期：2017.05.05；收样日期：2017.05.06；分析日期：2017.05.06‐10；报告日期：2017.05.10

采样地点：福州晋安区

水温：16℃

检测单位：福州润君山泉水有限公司

取样点8的水是经过PP棉初步过滤的水，无固体物质；

取样点9的水经过活性炭过滤，除菌除有机杂质；

取样点10的水经过纳米过滤，除去了重金属和有毒无机物；

取样点11的水经过矿化，增加了有益成分的含量。

对于本领域技术人员而言，上文所述的一些说明性实施例，仅是说明性而非限制性的，本实用新型已通过示例的方式将其呈现。许多修改和其它实施例处于本领域中的技术人员的范围内，并且该许多修改和其它实施例被设想为落在本实用新型的范围内。特别地，虽然在本文中呈现的示例中的许多涉及方法动作或系统元件的具体组合，但是应当理解的是，可以通过其它方式来组合这些动作和元件以实现相同的目的。

在本文中所描述的参数和配置是示例性的，并且实际的参数和/或配置将取决于在其中使用本实用新型的系统和技术的具体应用。在不超出使用常规实验范围的情况下，本领域技术人员还可认识到或者能够确定针对本实用新型具体实施例的等同实施方案。